芻議智能數字供電技術

賈鵬躍

（內蒙古電力（集團）有限責任公司包頭供電局，內蒙古 包頭 014000）

0 引 言

十九大報告中明確指出，要創建一個創新型國家，積極發展數字化經濟。電力能源領域要充分利用互聯網、物聯網和人工智能等技術，推動電力能源行業實現數字化轉型，以此構筑形成高效、靈活、經濟和安全的現代通信系統。因此，作為供電中的基礎部分，加強數字化通信電源發展十分重要。

1 通信供電技術發展現狀

目前，通信電源領域中電源技術日益成熟，不僅形成了模塊化配置，也大幅度提高了轉換效率，成本逐漸降低。它的主要控制技術包括不間斷電源技術、蓄電池技術、輸配電技術以及新能源技術等。從實際應用情況來看，這些技術的出現雖然充分利用了現有的信息設備和計算資源，提高了能源行業的數字化發展水平，但存在一定的局限性。比如：不間斷電源技術在實際應用過程中電壓等級較為固定，無法實現對蓄電池單元的精細化管理，接入接口單一化，其他能源無法進入。此外，在進行小顆粒度能量快速調度和分配的過程中，不間斷電源技術也無法提供有效支持。而其他的蓄電池技術、輸配電技術以及新能源技術等也都存在問題，需要結合實際情況展開具體分析。數字網絡集成度不斷提高的今天，數據量大幅提高，運算速度逐漸加快，數據傳輸速度和帶寬得到了指數級提高。將數字化技術應用于供電技術，可使得數據量和電能能量之間更加融合。從能量儲存系統與信息儲存系統對照分析來看，可以通過軟件定義的方式對電流流向實現智能化和數字化控制，打造出柔性智能供電網絡，使供電效率和電力資源最大化。智能數字電網如圖1所示，綜各地區智能電網投入情況如圖2所示。

2 智能數字供電技術概況

現階段提出的集中數字能源技術有能源路由器技術、數字能源機柜技術和能源總線傳輸技術，可以從根本上提高供電系統的綜合效率和智能化程度。

2.1 數字化技術在蓄電池管控領域中的應用

在蓄電池管控領域面臨的主要難點是電池單體一致性問題。只有解決這一問題，才能夠提高電池組循環壽命[1]。數字化技術在蓄電池管控領域中的應用是使能源以數字信號有序流動的方式在能源網絡中傳遞，以此解決上述問題。能源路由器在管理用電負荷上具有良好的效果，能夠面向多種不同用電負荷完成供電任務，并且保證供電的高效性。由此可知，作為能源有序流動的核心技術之一，能源路由器本身就具備智能調度和智能配電功能，將其應用于一些通信電壓較低的電壓等級和負荷中，可切實發揮該技術的作用效果。以10 kW以內的快速功率分斷為例，傳統的蓄電池管控領域中采用的是高性能的功率MOS管。雖然該設備的分析速率較快，但存在成本較高、耐受電壓較低、容易發熱等問題，嚴重影響了其他環節的穩定運行。借助能源路由器則能夠有效提高能量傳輸效率，挑選最恰當的分斷、切換頻率，高效完成能源調動。

圖1 智能數字電網

圖2 2016-2020年中國電網實際投資額

2.2 數字化技術在供電電池管控領域的應用

供電電池系統管控是供電技術中的核心。通過能源路由器解決蓄電池管控檢測工作后，還要分析通信機房內分布式供電電池系統，從而解決電池一致性問題。新時期，很多電力企業都采用電池單體串并聯架構進行供電，一旦有電池單體故障，就會對供電穩定性造成影響。但是，在數字能源機柜技術下，利用智能數字能源管控技術可以隔離故障電池單體，保證其他電池單體重組成可以利用的電池系統。該項技術應用在供電電池管控領域，通過靈活運用不同能力電池單體的方式降低了維護壓力，解決了電池設備智能化程度較低的問題。最主要的是，數字能源機柜技術不需要設置通信機房電力電池室，切實提高了能源轉化效率。

2.3 數字化技術在能源傳輸管控領域的應用

除了以上兩個方面之外，數字化技術在能源傳輸管控領域的應用也是未來主要的探討方向之一。現階段，大部分供電企業都采用一對一的供電方式，但在這種末端供電模式下，導體之間的負載率并不平均，無法實現導體的高效利用。整合末端供電導體，在能源路由器和數字能源機柜技術的基礎上，結合能源總線傳輸技術，可實現多種不同供電方式，從而有效提高供電系統的綜合效率[2]。數字電力監控系統結構，如圖3所示。

3 數字電力能源管理系統

3.1 數字電力能源管理系統的主要內容

圖3 數字電力監控系統結構圖

數字電力能源管理系統是未來電力系統發展的關鍵，不僅可以降低能源消耗，還具有經濟效益和社會效益，必須得到重視。雖然上述技術的應用使數字能源的作用在供電系統中得到了充分利用，但是在數字能源技術發展過程中還有很多問題需要注意，包括高溫超導技術、新材料技術等，從而有效解決能源流和信息流之間存在的問題。在短時間內完成解碼處理，必須要保證信息流中包含頻率、波長、幅度以及編碼等能量變化信息，從而高效準確地完成能量流傳輸。一般情況下，數字電力能源管理系統主要包括電力數據采集、數據信息采集網絡、無線數據傳輸網絡以及監控數據管理中心平臺等方面。

3.2 數字電力能源管理系統的實際應用

本文提出利用LTC2974四通道數字電源管理IC來改善供電系統現階段的傳輸效果。以某電力企業建立的LTC2974四通道數字電源管理IC系統為例，該企業借助2.4G短距離無線傳輸方案，將所有的供電數據匯聚在一起，通過網絡協調器對數據進行打包處理[3]。在此基礎上，經過數字電力能源管理系統實現綜合管理，并且完成數據展示、數據統計、后臺監控、報表生成以及超限報警等功能。采用半雙工的模式，將實際需求轉化為具體命令發送到數據中心，最終輸送到對應節點。LTC2974四通道數字電源管理IC系統中可以隨意添加電源，不僅簡化了系統設計，也降低了對系統的限制，可以實現一個或者多個故障排除，在發生故障后第一時間斷開排序，降低故障影響。發生故障后，還可以監視輸入電壓、芯片等部分的溫度，如果任何一個參數值超過了限定值，那么系統就會做出具體響應，包括立即鎖斷、抗尖峰干擾鎖斷等不同鎖斷方式。比如：在LTC2974四通道數字電源管理IC系統中設計了集成監視器，利用監視器可以實時監控外部微控制器，按照兩種不同的超時時間間隔進行輸出。當電源信號傳輸良好的狀態下，微控制器按照較長的超時時間間隔運行。如果出現故障，那么按照預先確定的時間長度運行微控制器，直到故障修復，重新恢復正常輸出。在實際運行過程中，LTC2974四通道數字電源管理IC系統會根據反饋回系統的信息判斷供電系統是否處于正常狀態，同時完成對輸入電壓、輸出電壓、輸出電流以及內部和外部二極管溫度等數據的監控。考慮到在監控過程中可能會出現不可接受的功率損耗，因此選擇電感器的DC電阻作為電流分流組件，以降低功率損耗風險和運行成本。在此基礎上，結合溫度補償算法進一步降低電流測量誤差，實現負載電流的準確測量。根據國家目前的通信市場現狀，選擇5G網絡實現遠距離數據傳輸。LTC2974四通道數字電源管理IC系統應用在供電系統中，提高了供電的穩定性，降低了成本。

3.3 數字電力能源管理系統的未來展望

國家配電網規劃日益完善，逐漸朝著多元化方向發展。如果想要進一步滿足多元用戶的實際發展需求，實現差異化供電，還需要推廣普及智能電表，加快數字化工具和平臺的配套化建設。尤其是大數據技術和數字化信息技術，開發智能規劃工具，利用海量信息提高配網的精細化、實用化和一體化水平。因此，開發配電網的智能規劃工具，實現供電技術的數字化發展，保證各項設備可以正常運行，強化狀態評估，是未來的發展關鍵。除了上述系統技術之外，也可以借助數學模型的方式，實現電網和用戶之間能量流、信息流和業務流的傳遞轉換、靈活互動。接入配電網元件復雜化程度不斷提高，供電過程中出現了不確定性和波動性。完善配電網的規劃工作，綜合利用數字化工具和建模方式，可以為配電網規劃方式提供全新的發展機會。在實際應用過程中，利用數字化技術完成負荷建模、網絡建模、電氣建模以及分析計算等方式，能夠在上述內容的基礎上進一步推動供電技術發展。

4 結 論

綜上所述，供電能源技術是未來發展的重點，應該充分挖掘數字信息技術，采用科學的技術，提高供電系統整體的智能化程度。在建設供電體系的過程中要找到切入點，繼而提高運行效率。